京大ら,超薄膜Ptにトランジスタ特性を発見

京都大学は三重大学と共同で,金属である白金を極めて薄い膜(超薄膜)にしたとき,シリコンなどの半導体で実現されるトランジスタ特性(材料の抵抗を外部電圧で制御する特性)が現れること,さらにそれに伴って白金がスピンを電流に変換する「スピン軌道相互作用」という機能を大幅に変調・制御ことができることを世界で初めて発見した(ニュースリリース)。

今日の情報社会の隆盛をもたらしたトランジスタは,半導体(現在は一般的にシリコンが用いられる)中のキャリア(電子または正孔)をゲート電圧で誘起することで,抵抗の大きさを制御し,情報のオンとオフを操作する。しかし,金属は一般的にキャリアの数が非常に多いために,ゲート電圧によってキャリアを誘起しても,抵抗を変えることは困難だった。

研究グループは,まず2nmという極めて薄い白金(Pt)の膜(超薄膜)を,磁性絶縁体であるイットリウム鉄ガーネット(YIG)の上に作製した。そして,このPt超薄膜の上にイオン液体をのせて強いゲート電圧をかけたところ,上記のような半導体で実現されるトランジスタ特性が現れることを発見した。

さらに,基盤であるYIGからスピン流をPt超薄膜に注入したところ,Ptがスピンを電流に変換する「スピン軌道相互作用」という機能を大幅に変調・制御することができることも見出した。

これは従来の「金属材料を使ってトランジスタを作ることはできない」という理解と「スピン軌道相互作用は材料固有である」という固体物理学における理解を共に覆す発見であり,研究で見出したスピン軌道相互作用の制御によって,新しいタイプのメモリやスピン素子の開発が可能となることが期待されるという。特にエレクトロニクスやスピントロニクス分野にとって,新しい発展に繋がる成果だとしている。

その他関連ニュース

  • 東北大,高効率スピン制御の方法を確立 2019年02月15日
  • 理研ら,単極子を制御できる新たな物質を発見 2019年02月14日
  • 理研ら,銅同位体原子核の励起状態の磁気モーメントを測定 2019年02月01日
  • 産総研ら,シリコン量子ビットの高温動作に成功 2019年01月28日
  • 大市大ら,電子スピンでエキシマーの形成初期過程を解明 2019年01月23日
  • 京大ら,フェリ磁性体でスキルミオンホール効果消失を実証 2019年01月23日
  • 技科大,前進体積スピン波のストップバンドを発現 2019年01月22日
  • 東大ら,磁気スピンホール効果を発見 2019年01月21日